Dispositif de protection pour circuits à courant continu ou alternatif. La présente invention a pour objet un dispositif de protection pour circuits électri ques alimentés par un réseau dont un con ducteur est mis à la terre de façon perma nente, circuits à .courant continu ou alterna tif dont les organes métalliques qui ne doi vent normalement pas être sous tension sont, à titre de mesure préventive contre les acci dents, reliés au sol à la fois par une prise .de terre indépendante et par le conducteur du réseau mis à la terre de façon permanente.
Pour prévenir les accidents résultant d'une mise intempestive sous tension d'or ganes qui doivent pouvoir être touchés en tout temps, il est :d'usage de les relier au sol. Quand les réseaux de distribution compor tent un conducteur relié d'une façon perma nente à la terre, c'est-à-dire mis normalement à la. terre, la liaison avec le sol .des organes en question peut se faire par l'.intermédiaire de ce conducteur.
En particulier, récepteurs et appareils de manoeuvre à .courant triphasé peuvent donc être raccordés au conducteur neutre quand celui-ci est normalement mis à la terre.
Cette disposition n'est toutefois pas sans présenter certains inconvénients: elle ne met pas complètement à l'abri bâtis, carcasses, etc., contre une élévation dangereuse de po tentiel et, -de plus, leur ligne de terre, c'est-à- dire la ligne qui les relie au eanducteur du réseau mis à la terre, est parfois soumise à un échauffement exeessif .du fait du -courant très intense qui la parcourt.
L'élévation du potentiel de la masse d'un récepteur ou appareil de manoeuvre peut provenir soit d'une cause intérieure, soit d'une cause extérieure. La cause est roté-, rieure quand il s'agit d'une avarie intéressant le récepteur ou l'appareil lui-même ou un de ses organes accessoires: interrupteur, ligne d'amenée du courant 4e service, etc.
La cause est extérieure quand la mise sous tension de la masse .du récepteur ou de l'appareil pro vient de -ce que le conducteur normalement à la terre du réseau a pris lui-même un cer- tain potentiel par le fait d'une avarie n'inté ressant en rien le récepteur ou l'appareil considéré, ni aucun -de ses organes acces- soires.
Quand la cause agissante est intérieure, la ligne de terre .de l'appareil ou -du récepteur in téressé se met sous tension et elle est en ou tre parcourue par un courant -de fuite qui, suivant les circonstances, peut prendre le ca ractèred'un courant de court-circuit et être une cause d'incendie.
Lorsque l'élévation -du potentiel de la masse d'un récepteur ou appareil est :due à une cause extérieure, sa ligne -de terre se met également sous tension, mais elle n'est parcourue par aucun courant appréciable.
II existe des dispositifs protecteurs des tinés -à séparer -du réseau tout appareil ou ré cepteur dont la masse est sous tension. Leur fonctionnement est basé sur la différence -de potentiel :existant entre la masse ou la ligne de terre de ces appareils, d'une part, et la terre d'autre part. Ces dispositifs sont pourvus d'une bobine de tension @à fil fin parcourue par un courant d'intensité réduite.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé par un électro-aimant dont trois points de l'enroulement sont reliés élec triquement, l'un aux organes métalliques du .circuit à protéger, qui ne .doivent pas être sous tension, le second au conducteur du ré seau mis à la terre -de façon permanente, le troisième a une prise -de terre indépendante, -cet électro-aimant actionnant, lorsqu'il est excité, un disjoncteur principal séparant du réseau le circuit à protéger, l'ouverture de ce disjoncteur étant provoquée automatiquement aussitôt qu'un courant -de fuite,
provenant du .circuit à protéger ou du conducteur mis à la terre de façon permanente, parcourt au moins une partie de _ l'enroulement dudit électro-aimant. L'enroulement de l'électro-aimant peut être formé de plusieurs bobines reliées entre elles, de manière que les effets de leurs forces magnétomotrices ; s'acl'ditionnent lorsqu'un courant électrique les traverse.. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'invention.
Pans les formes des fig. 1 à 3, l'enroulement de l'électro-aimant comporte -deux bobines re liées entre elles par une de leurs extrémités, tandis que dans la forme de la fig. 4, -ce même enroulement -est -constitué au moyen de trois bobines également reliées entre elles par une .de leurs extrémités.
Les lettres B, S', <I>T</I> des fig. 1 à 4 indi quent des conducteurs d'un réseau qui sont normalement sous tension, tandis que la lettre 0 désigne un conducteur normalement relié à la terre, c'est-à-dire :dont le potentiel est ordinairement égal à zéro ou du moins voi- sin de zéro.
Dans les quatre formes -d'exécution re présentées par les fig. 1 à 4 du dessin annexé, l'enroulement de l'électro-aimant est raccordé à la fois à la masse des récepteurs ou appa reils -du circuit à protéger, au conducteur du réseau relié à la terre et à une prise de terre indépendante. Ce raccordement peut s'effec tuer de différentes manières.
Dans le dispoistif de la fig. 1, les extré mités libres de l'enroulement de l'électTo- aimant -sont reliées, l'une à la masse des ap pareils à protéger, l'autre au conducteur mis à la terre, tandis qu'un point intermédiaire est relié à la prise -de terre indépendante.
Dans le -dispositif de la fig. 2,.les extré mités libres -de l'enroulement sont reliées, l'une à la prise -de terre indépendante, l'au tre au conducteur du réseau mis à la terre, tandis qu'un point intermédiaire est relié à la masse des appareils ;à protéger.
Dans le dispositif de la fig. 3, les extré mités libres de l'enroulement sont reliées, l'une à la prise .de terre indépendante, l'autre aux appareils à protéger, tandis qu'un point intermédiaire est relié au conducteur du ré seau mis. normalement à la terre.
Dans le dispositif de la fig. 4, les @extré- mités libres de l'enroulement sont reliées, l'une à la masse des appareils à protéger, la seconde au conducteur du réseau mis à la terre, la troisième à la prise de terre indé pendante.
L'enroulement de l'électro-aimant fait donc partie intégrante des lignes -de terre -du circuit à protéger. Suivant la forme d'exécu- tion adoptée, le courant de fuite, qu'il pro vienne du circuit à protéger ou du conducteur normalement à la terre, parcourra tout ou partie de l'enroulement de l'électro-aimant.
Avec le dispositif :de la fig. 1, par exem ple, lorsqu'une avarie dans le circuit à pro téger livre passage à un courant de fuite, ce lui-ci, venant de M, traverse la bobine A et, arrivé au point c, se bifurque, une partie ga gnant directement la prise de terre indépen dante .T, l'autre rejoignant le .conducteur normalement à la terre en N à travers la bo bine I3.
Par contre, lorsque pour une cause exté rieure au circuit à protéger, le conducteur re lié normalement à la terre est mis sous ten sion, un courant venant<I>de N</I> passe par la bobine B pour gagner la terre T.
Dans les deux cas, l'électro-aimant ac- tionne son armature mobile D, provoquant ainsi le déclenchement du disjoncteur I soli daire de ladite armature et le circuit à pro téger se trouve séparé aussi bien des conduc teurs dont le potentiel n'est normalement pas celui du sol que du conducteur relié en per manence à la terre.
Avec les dispositifs -des fig. 2 et 3, la dis tribution du courant dans l'électro-aimant est différente.
Quelle que soit la forme d'exécution adop tée, que le courant traverse tout ou partie de l'enroulement de l'électro-aimant, le disjonc teur sera déclenché si les résistances des prises de terre, prise indépendante et prise du neutre, sont assez faibles pour permettre le passage à travers l'électro-aimant d'un cou rant capable d'actionner l'armature D. Ce sera généralement le cas quand les prises de terre seront constituées par des conduites d'eau souterraines.
Pour réduire l'intensité du courant -de fuite -à une valeur ne présentant plus .de -dan ger d'incendie, il suffira que les bobines .de l'enroulement de l'électro-aimant aient une certaine impédance, avec l'aide s'il le faut d'une résistance auxiliaire.
Si l'impédance de chaque bobine est, par exemple, -de 5 S2 pour un réseau triphasé .dont la tension est de 220/3'80 V, l'intensité -du courant passant par les bobines ne .dépassera en aucun -cas 44 A, ce qui ne présente rien d'excessif pour un conducteur de 10 mm' de section, par exemple.
Les .dispositifs représentés au dessin ne protègent qu'un seul appareil ou récepteur. Un seul et même dispositif peut protéger plusieurs appareils ou ré.oepteurs: il suffit pour cela que la masse -de chacun :d'eux .soit reliée à la ligne aboutissant aux points 111 -des figures. En cas de fonctionnement du disjoncteur, tous les appareils et récepteurs sont ainsi -séparés du réseau. Un seul -électro aimant actionnant un seul disjoncteur peut ainsi mettre hors circuit tous les moteurs d'une fabrique.
Dans les figures :du dessin annexé, le circuit à protéger est supposé alimenté par un réseau triphasé avec conducteur neutre à la terre. Le genre de courant -distribué ne joue aucun rôle, 1.e .dispositif -de protection étant applicable indifféremment aux cir cuits alimentés par courant monophasé, po.- lyphas6 ou continu -dont un conducteur est normalement relié à la terre. De même, le disjoncteur I peut être, suivant les cir constances, bipolaire, tripolaire,
Utrapolaire ou encore comporter plus de quatre points de coupure du -courant.
Les -dispositifs représentés comportent un électro-aimant en forme de fer à cheval, mais sa forme peut être quelconque.
Il n'est pas non plus nécessaire que l'en roulement @de l'électro-aimant comporte plu sieurs bobines: une seule suffit si, d'un point, part une dérivation divisant la bobine en -deux tronçons.
Les bobines ou .les deux tronçons d'une même bobine pourront avoir la même impé dance ou une impédance différente suivant les circonstances. Le disjoncteur I peut borner son rôle à celui -de disjoncteur de protection ne -s'ou vrant que sous l'action d'un courant -de fuite traversant au moins une partie -de l'enroule ment @de l'électro-aimant. Il peut également jouer -en outre le rôle d'interrupteur normal de service du circuit à protéger.
Il est utile qu'un dispositif de protec tion puisse être facilement et fréquemment contrôlé. C'est pourquoi les dispositifs re présentés au dessin sont munis d'un petit in- terrupteur secondaire i intercalé entre un conducteur normalement sous tension du cir cuit à protéger et la masse d'un appareil ou récepteur de ce circuit, ainsi que l'indiquent les fig. 1 à 4.
Il suffira de fermer cet in terrupteur i,, au moyen .d'un poussoir par exemple, pour qu'un .courant venant du con- ducteur sous tension circule dans l'électro aimant et actionne le disjoncteur principal. L'intensité de ce courant sera limitée par une résistance en série avec l'interrupteur i, de manière que la masse de l'appareil protégé ne prenne pas un potentiel élevé. Cet inter rupteur i sera utilisé pour provoquer l'ouver ture .du disjoncteur en service normal et, par le fait même, servira -de moyen de contrôle.
En fig. 1, le circuit à protéger est muni -de coupe-circuits f. Au lieu de coupe-circuits, on peut avoir un système électro-magnétique ou thermique solidaire du -disjoncteur et pro voquant son ouverture lorsque l'intensité du courant :dépasse une valeur maximum -don née. On pourra également munir le disjonc teur -de bobines de tension de manière qu'il coupe automatiquement le courant de service lorsque la tension tombe en dessous d'une va leur donnée.
Le -dispositif pourra être, suivant les cas, conditionné -de façon que le :disjoncteur soit déclenché même si l'on maintient sa poignée dans la position de marche, que le déclen- olhement soit produit par un courant dans l'électro-aimant ou par-ce que le courant ab sorbé est trop élevé ou parce que la tension fait .défaut.
Autrement dit, on peut combiner 4iffé- rents éléments, de façon que le disjoncteur du dispositif de protection contre une mise sous tension -de la masse d'un récepteur fonc tionne aussi comme disjoncteur à maximum de courant et -à minimum -de tension.
Le disjoncteur<I>I,</I> les couipe-circuits <I>f,</I> l'électro-aimant et les autres organes servant à la mise en marche, à l'arrêt -et à la protec tion du circuit à protéger pourront être mon tés, dans un coffret commun en métal ou matériel isolant.
Protection device for direct or alternating current circuits. The present invention relates to a protection device for electric circuits supplied by a network in which a conductor is permanently earthed, direct or alternating current circuits including the metal parts which do not normally have to wind. be energized are, as a preventive measure against accidents, connected to the ground both by an independent earth electrode and by the network conductor permanently earthed.
To prevent accidents resulting from an untimely power-up of units which must be able to be touched at all times, it is: customary to connect them to the ground. When the distribution networks include a conductor permanently connected to the earth, that is to say, normally connected to the earth. earth, the connection with the ground .des bodies in question can be done through this conductor.
In particular, three-phase current receivers and switching devices can therefore be connected to the neutral conductor when the latter is normally earthed.
However, this arrangement is not without certain drawbacks: it does not completely protect buildings, carcasses, etc., against a dangerous rise in potential and, moreover, their land line, that is. that is to say the line which connects them to the conductor of the earthed network, is sometimes subjected to excessive heating due to the very intense current which traverses it.
The rise in the potential of the mass of a receiver or switching device can come either from an internal cause or from an external cause. The cause is common in the case of a fault involving the receiver or the device itself or one of its accessory components: switch, 4th service current supply line, etc.
The cause is external when the powering of the mass of the receiver or of the device comes from - the normally grounded conductor of the network has itself acquired a certain potential by the fact of a damage in no way affecting the receiver or the device in question, or any of its accessory components.
When the active cause is internal, the earth line of the device or receiver concerned is energized and it is traversed by a leakage current which, depending on the circumstances, may take the character of 'short-circuit current and be the cause of fire.
When the rise in the potential of the mass of a receiver or device is: due to an external cause, its earth line is also energized, but it is not traversed by any appreciable current.
There are devices to protect tines - to separate - from the network any device or receiver whose ground is live. Their operation is based on the potential difference: existing between the mass or the earth line of these devices, on the one hand, and the earth on the other hand. These devices are provided with a voltage coil @ with fine wire carrying a current of reduced intensity.
The device forming the subject of the invention is characterized by an electromagnet of which three points of the winding are electrically connected, one to the metal members of the .circuit to be protected, which must not be under voltage, the second to the mains conductor permanently earthed, the third has an independent earth connection, -this electromagnet activating, when energized, a main circuit breaker separating the circuit to be protected from the mains, the opening of this circuit breaker being triggered automatically as soon as a leakage current,
originating from the circuit to be protected or from the permanently earthed conductor, runs through at least part of the winding of said electromagnet. The winding of the electromagnet can be formed of several coils interconnected, so that the effects of their magnetomotive forces; accl'ditionnent when an electric current passes through them. The appended drawing represents, by way of examples, some embodiments of the device forming the subject of the invention.
In the shapes of fig. 1 to 3, the winding of the electromagnet comprises -two coils re linked together by one of their ends, while in the form of FIG. 4, -this same winding -is -constituted by means of three coils also interconnected by one .of their ends.
The letters B, S ', <I> T </I> of fig. 1 to 4 indicate conductors of a network which are normally live, while the letter 0 indicates a conductor normally connected to the earth, that is to say: whose potential is usually equal to zero or at least close to zero.
In the four forms of execution shown in FIGS. 1 to 4 of the appended drawing, the winding of the electromagnet is connected both to the earth of the receivers or devices - of the circuit to be protected, to the network conductor connected to earth and to an independent earth connection . This connection can be made in different ways.
In the arrangement of FIG. 1, the free ends of the electromagnet winding are connected, one to the earth of the devices to be protected, the other to the earthed conductor, while an intermediate point is connected to the independent earth electrode.
In the -dispositif of FIG. 2, the free ends of the winding are connected, one to the independent earth electrode, the other to the earthed network conductor, while an intermediate point is connected to earth devices; to protect.
In the device of FIG. 3, the free ends of the winding are connected, one to the independent earth electrode, the other to the devices to be protected, while an intermediate point is connected to the conductor of the network placed. normally grounded.
In the device of FIG. 4, the free ends of the winding are connected, one to the earth of the devices to be protected, the second to the earthed mains conductor, the third to the independent earth electrode.
The winding of the electromagnet is therefore an integral part of the earth lines of the circuit to be protected. Depending on the form of execution adopted, the leakage current, whether it comes from the circuit to be protected or from the normally earthed conductor, will travel through all or part of the electromagnet winding.
With the device: of FIG. 1, for example, when a failure in the circuit to be protected gives way to a leakage current, the latter, coming from M, passes through coil A and, at point c, branches off, a part ga directly gaining the independent earth connection .T, the other joining the .conductor normally earthed in N through the I3 coil.
On the other hand, when, for a cause external to the circuit to be protected, the conductor normally linked to the earth is energized, a current coming <I> from N </I> passes through the coil B to gain the earth T .
In both cases, the electromagnet actuates its movable armature D, thus causing the tripping of the circuit breaker I solidary of said armature and the circuit to be protected is separated from the conductors whose potential is not there. normally not that of the ground than of the conductor permanently connected to the ground.
With the devices of fig. 2 and 3, the distribution of current in the electromagnet is different.
Whatever the embodiment adopted, whether the current passes through all or part of the winding of the electromagnet, the circuit breaker will be tripped if the resistances of the earth connections, independent socket and neutral socket, are weak enough to allow a current capable of actuating the armature D to pass through the electromagnet. This will generally be the case when the earth electrodes are formed by underground water pipes.
To reduce the intensity of the leakage current to a value which no longer presents any danger of fire, it will suffice that the coils of the winding of the electromagnet have a certain impedance, with the help if necessary with an auxiliary resistance.
If the impedance of each coil is, for example, -5 S2 for a three-phase network, the voltage of which is 220 / 3'80 V, the intensity of the current flowing through the coils will not exceed in any case. 44 A, which is not excessive for a conductor with a cross section of 10 mm, for example.
The devices shown in the drawing protect only one device or receiver. One and the same device can protect several devices or re.oepteurs: it suffices for that that the mass of each: of them. Is connected to the line ending at points 111 -of the figures. If the circuit breaker is operating, all devices and receivers are thus separated from the network. A single electromagnet actuating a single circuit breaker can thus switch off all the motors in a factory.
In the figures: of the appended drawing, the circuit to be protected is assumed to be supplied by a three-phase network with neutral conductor to earth. The type of current -distributed does not play any role, the protection device being applicable indifferently to circuits supplied by single-phase, single-phase or direct current -whose conductor is normally connected to earth. Likewise, circuit breaker I can be, depending on the circumstances, two-pole, three-pole,
Utrapolar or even have more than four current cut-off points.
The -dispositifs represented comprise an electromagnet in the form of a horseshoe, but its shape can be any.
It is not necessary either that the rolling @of the electromagnet comprises several coils: only one is sufficient if, from a point, leaves a branch dividing the coil into -two sections.
The coils or the two sections of the same coil may have the same impedance or a different impedance depending on the circumstances. The circuit breaker I can limit its role to that of - a protection circuit breaker - opening only under the action of a leakage current passing through at least a part - of the winding @ of the electromagnet . In addition, it can also play the role of normal service switch of the circuit to be protected.
It is useful that a protective device can be easily and frequently checked. This is why the devices shown in the drawing are fitted with a small secondary switch i interposed between a conductor normally under tension of the circuit to be protected and the earth of an apparatus or receiver of this circuit, as well as the indicate fig. 1 to 4.
It will suffice to close this switch i ,, by means of a pushbutton for example, so that a current coming from the conductor under tension circulates in the electromagnet and activates the main circuit breaker. The intensity of this current will be limited by a resistor in series with switch i, so that the mass of the protected device does not take a high potential. This switch i will be used to cause the opening of the circuit breaker in normal service and, by the same token, will serve as a means of control.
In fig. 1, the circuit to be protected is fitted with circuit breakers f. Instead of circuit breakers, it is possible to have an electromagnetic or thermal system secured to the circuit breaker and causing it to open when the intensity of the current exceeds a maximum value. The circuit breaker could also be fitted with voltage coils so that it automatically cuts off the operating current when the voltage falls below a given value.
The -device can be, depending on the case, conditioned -so that the: circuit breaker is tripped even if its handle is kept in the on position, that the tripping is produced by a current in the electromagnet or because the absorbed current is too high or because the voltage is faulty.
In other words, it is possible to combine 4 different elements, so that the circuit breaker of the device for protection against a powering-on of the mass of a receiver also functions as an overcurrent and -a minimum-voltage circuit breaker.
The circuit breaker <I> I, </I> the circuit breaker <I> f, </I> the electromagnet and the other components used for starting, stopping - and for protection of the circuit to be protected can be mounted in a common box made of metal or insulating material.